1、碱石灰烧结法生产氧化铝碱石灰烧结法生产氧化铝烧结法存在的原因：烧结法存在的原因： 拜耳法虽然流程简单，能耗低，质量好。拜耳法虽然流程简单，能耗低，质量好。但受矿石品质的限制：只能处理铝土矿，但受矿石品质的限制：只能处理铝土矿，矿石矿石A/S要高；要高； 烧结法可处理硅酸盐矿石；要求铝土矿烧结法可处理硅酸盐矿石；要求铝土矿的品位不高。的品位不高。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSUAl2O3SiO2NaAl(OH)4Na2SiO2(OH)2+含硅化合物沉淀NaOHAl2O
2、3SiO2Na2O.Al2O32CaO.SiO2NaAl(OH)4Na2SiO2(OH)2+含硅化合物沉淀NaOH or Na2CO3+CaOBayer法铝硅分离法铝硅分离sinter法铝硅分离法铝硅分离烧结法生产氧化铝的工艺发展历史l 1858年比路易.勒.沙特里提出苏打+矿石的两成分烧结法;l 1880年缪列尔提出苏打+矿石+石灰的三成分烧结法;l 1902年帕卡尔德提出烧结法石灰量取决于SiO2量,并提出钙比为2.0;碱比为2.0;l 1897年别列阔夫提出芒硝烧结法;l 1916年提出石灰石+矿石的两成分烧结法;l 1936年-1940年前苏联科学家对烧结法进行了完善和改进,日臻成熟.
3、Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU 碱石灰烧结法生产氧化铝1. 铝酸盐炉料烧结过程的物理化学反应；2. 铝酸盐炉料烧结过程的工艺；3. 铝酸盐熟料的溶出过程；4. 铝酸钠溶液的脱硅过程；5. 铝酸钠溶液的碳酸化分解。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU1,铝酸盐炉料烧结过程- 基本概念l熟料折合比 1吨氧化铝产品的熟料量l标准溶出率Al2O3和
4、Na2O在最好的溶出条件下的溶出率l熟料质量评价容重，块度，S 2-l烧成过程的重要性车间投资1/3，成本1/2，能耗1/2Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- 主要物理化学反应总体目标:1. Al2O3 Na2OAl2O3 +a qNa Al(OH)4+a q2. Fe2O3 Na2OFe2O3 +a qNa OH+Fe2O3+a q3. SiO2 2CaOSiO2 +a q 4. TiO2 Ca OTiO2 +a qGroup of Alumin
5、a & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- 主要物理化学反应1.Al2O3的行为；2.SiO2的行为；3.Fe2O3的行为；4.Mg O的行为和TiO2的行为；5.硫的危害和防治；6.氟化物的影响；7.Na2O Al2O3Na2O Fe2O3 2CaO SiO2系；8.Ca O Al2O3 SiO2系;9.机理和影响因素Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐
6、炉料烧结过程- Al2O3的行为 烧结过程可能存在的含Al2O3物相：1. Na2OAl2O3;2. 0.6Na2OAl2O3; 3. Na2O11Al2O3; (Al2O3)4. C6A, C3A, CA2, C12A7, CAGroup of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- Na2OAl2O3 的形成p 反应：Al2O3+Na2CO3Na2OAl2O3+CO2p 形成条件：1. 温度：500-700开始，800完全，升温加速，11001小时内完成；2. Na
7、2CO3/Al2O3 1（过量的Na2CO3不分解）Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- 0.6Na2OAl2O3 的形成中性或弱氧化性气氛下可能制得0.6Na2OAl2O3, 而在强氧化性气氛中只能获得Na2OAl2O3Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- Al2O3的形成性质性质:不溶于水及稀碱溶液反应
8、反应:11Na2OAl2O3 Na2O11Al2O3 + 10Na2O 形成条件形成条件:1.温度高于1300, 发生上述反应;2.Na2CO3/R2O3 1, Na2O不足以和全部Al2O3 形成Na2OAl2O3 ;3.温度升高和有还原剂存在时加剧1300Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- 铝钙化合物的形成p同时制备铝酸钠和铝酸钙的炉料烧结过程不合理, 因两种物质溶出制度大不相同。p只有C12A7, CA可被Na2CO3溶解；p只要体系中Na2
9、CO3 的数量足以结合Al2O3 就不会形成铝钙化合物，而只有Na2OAl2O3 铝酸盐炉料烧结过程- SiO2的行为为达到铝硅分离的目的，SiO2应转变为不含Al2O3和Na2O，高温下与NA同时稳定存在，溶出时不与铝酸钠溶液发生显著作用的化合物；可能形成的化合物有：1.CS；2.C3S2；3.C3S;4.C2S；铝酸盐炉料烧结过程- SiO2的行为l只有原硅酸钙2Ca OSiO2满足要求；l含钙较少的硅酸钙（CS，C2S3）高温下与NA反应：4CS+NANAS2+2C2SlC3S不稳定，稳定区很小。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallu
10、rgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- SiO2的行为铝酸盐炉料烧结过程- 原硅酸钙的行为 原硅酸钙有六种同素异构体 H L H L 稳定性次序（依此降低）： C2S C2S C2S 转变温度（依此降低）： C2S C2S C2S14201675Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- 原硅酸钙的行为Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical
11、 Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- 原硅酸钙相变特性 冷却过程中2CaO.SiO2 2CaO.SiO2 体积膨胀，熟料自粉碎； 许多物质阻碍上述相变，包括可与2CaO.SiO2形成固溶体，或在冷凝时成为玻璃相将之包裹； Fe2O3含量很高的熟料，由于其中溶解有Fe2O3和Na2O, 主要以 C2S , B2O3也有此作用； 温度过低，时间过短，配钙不足可能导致 - C2S出现。铝酸盐炉料烧结过程- Fe2O3的行为p反应：反应：Fe2O3+Na2CO3Na2OFe2O3+CO211Na2OFe2O3 Na2O11Fe2O3 + 10Na2O p形成条
12、件：形成条件：1.温度：NF在1000下1小时内完成；2.Fe2O3由NF在1345 高温分解而致。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- Fe2O3的行为铝酸盐炉料烧结过程- 碱比对Fe2O3形成的影响 Na2O/R2O3物相组成1(NANF)固溶体，游离 Na2CO3 =1(NANF)固溶体1(NANF), (Al2O3 Fe2O3)固溶体0.09(Al2O3 Fe2O3)固溶体, Al2O3 , Fe2O3Group of Alumina & C
13、eramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- Fe2O3与Ca O的反应产物 配钙足量：2Ca OFe2O3； 配钙不足： 2Ca OFe2O3 +Fe2O3 Ca OFe2O3 ; 2C2F+NA C4AF+NF; （铁含量过高，配钙充足时， Al2O3）4CF+NA NF+ C4AF+2F F+NA Na2O 11(Al,Fe)2O3 （铁含量过高，配钙不足时， Al2O3， Na2O Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical S
14、cience and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- Fe2O3对溶出率的影响铝酸盐炉料烧结过程- TiO2的行为1.TiO2在烧结过程的最终产物是钙钛矿，不再参与反应；2.TiO2可与Na2O和K2O形成低熔点化合物，也可与熟料中的基本组成形成低温共晶或固溶体，从而影响烧结过程；NTNT2NT3NS2T210309851120600Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- Mg O的行为 1.当碱和石灰配量不足时, 在熟料中可能生
15、成尖晶石(Mg OAl2O3)和堇青石(2MgO2Al2O35SiO2);2.当石灰中Mg O7%时, Mg O和C2S相互作用生成镁蔷薇辉石(C3MS2)和Ca O, 但在1200的高温下对熟料无影响; 若熟料中C3MS2 50%, 炉料熔点降低, Al2O3， Na2O 钙镁橄榄石(CMS)和镁蔷薇辉石(C3MS2 )可发生下述反应: Ca OMg OSiO2+Na2OAl2O3=Na2OCa OSiO2+Mg OAl2O3同时存在K2O和Mg O时, 由于生成KMS5-KAS4系固溶体, 炉料熔点降低, 烧成温度范围变窄, Al2O3， Na2O ;铝酸盐炉料烧结过程-硫的危害和防治危害
16、:1.所有S形成Na2SO4而损失碱: 3.4 Kg-Na2CO3/Kg-S;2.Na2SO4 与Na2CO3形成低熔点共晶(826): 降低Na2CO3活度; 阻碍Ca O参与反应; 烧结带后部形成后结圈, 在冷却机内或入口处凝结析出;3.增大物料流量;4.影响蒸发作业。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程-硫的危害和防治防治措施防治措施:1.限制S的来源：煤中S1%, 铝土矿中S0,7%;2.从流程中排硫:生料加煤1. 形成Fe S和Na2S，可有
17、效防治。2. 在分解带全部还原，但在烧成带和冷却带又被氧化；窑尾废气温度高，热耗大；3. 高燃点还原剂（如废阴级碳块）可减轻此缺点。铝酸盐炉料烧结过程-氟化物的影响1. 添加氟化物可降低烧成温度，扩大烧成温度范围，从而提高熟料质量和窑产能；2. 在烧结高铁赤泥炉料时，可降低含水铝硅酸钠的脱水温度，降低石灰石的分解温度，加速液相形成，强化主要矿物生成过程，促进C4AF的分解和 SiO2 SiO2的转变, 有利于溶出过程。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过
18、程-氟化物的影响的机理1. F、O的离子半径相近，F可进入铝硅酸盐晶格中，使之松动和活化，从而有利于内扩散和降低反应的活化能；2. 氟化物可以与其它组分形成低溶点化合物或共晶，降低粘度，从而可促进外扩散。铝酸盐炉料烧结过程- Na2O Al2O3Na2O Fe2O3 2CaO SiO2系 Na2O-Al2O3-Fe2O3-SiO2系 Na2OAl2O3-2CaO SiO2系 Na2O Al2O3-2CaO SiO2系 Na2O Al2O3Na2O Fe2O3 2CaO SiO2系铝酸盐炉料烧结过程- Na2O-Al2O3-Fe2O3-SiO2系 属两成分烧结（铝土矿+苏打）； 用于个别并联法厂
19、或热法苛化补碱； 熟料中物相有： Na2OAl2O3 Na2OFe2O3 Na2OAl2O3 2SiO2 溶出时先溶解，再以水合铝硅酸钠形式析出。 理论上碱耗和Al2O3溶出率与拜耳法相同。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- Na2OFe2O32CaO SiO2系烧结温度，冷却方式物相组成低温无发生任何反应高温极缓 NF, C2S高温快速 NCS, N2CS3, NC2S3, NFS4, NC3S6, NFS8, N6F4S5Group of Al
20、umina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- Na2OAl2O32CaO SiO2系烧结温度，冷却方式物相组成1150极缓 NA, C2S1150快速 NCS, NC8A3, C2AS; CA, C12A7, C3AGroup of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- Na2O Al2O3Na2O Fe2O3 2CaO SiO2系Group of Al
21、umina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- Na2O Al2O3Na2O Fe2O3 2CaO SiO2系由于更易形成三元化合物, 成分靠近C2S-NF区和靠近S-F区一侧的熟料溶出率明显降低；NF含量高的熟料中，除生成NA-NF固溶体外，还单独存在NF，从而易形成三元化合物，炉料熔点低，烧结困难。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程-
22、 Ca O Al2O3SiO2系 适应于 石灰烧结法石灰烧结法 石灰熔炼法（石灰熔炼法（Perderson法）法）：电炉内同时制取生铁和铝酸钙； 上述方法优点优点：原料丰富；炉料不需配碱；渣易用于制备水泥；缺点：温度高；物料缺点：温度高；物料中中Al2O3含量低；物料流量大，渣易变性。含量低；物料流量大，渣易变性。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- Ca O Al2O3SiO2系 铝酸盐炉料烧结过程- Ca O Al2O3SiO2系C2AS的出现将
23、导致溶出率降低；为了避免在熟料中出现C2AS，炉料成分应选择在a F线段上（1.31C/A48%，-C2S缓慢冷却转变为 型，由于体积膨涨熟料自粉化。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- 固相反应机理p区别于熔炼过程，烧结属固相反应。固相反应速度决定于内扩散和外扩散；p温度升高，晶体内质点振幅增大，跃入同晶粒内相邻质点的位置，导致固相反应。此为内扩散；p两种物质烧结时，反应产物在熔点高的物质上生成，较低熔点的物质通过外扩散（两晶粒间的扩散）迁移直产物
24、表面然后由内扩散达反应表面；p纯固相反应速度慢，液相的出现使之加速，因为溶解扩散成分而加速外扩散。铝酸盐炉料烧结过程- 烧结过程反应序1.400700水合物脱水，且开始形成NA-NF固溶体，高岭石脱水后与苏打反应形成NA和NS；2.750800石灰石分解；3.750900：Al2O32SiO2+Na2CO3=Na2O Al2O3 2SiO2+CO2Na2O Al2O3 2SiO2 +2CaO= Na2O Al2O3 SiO2 +2CaO SiO2 Na2O Al2O3 SiO2 +2CaO= Na2O Al2O3 +2CaO SiO2 4.更高温度下反应加速；5.缓慢加热，以保持新生产物活性和
25、中间反应的完全。缓慢冷却可促使C2SC2SGroup of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程- 烧结温度范围液相量熟料性质备注30；2. 喷入法:产能大，结圈少，L/D20。但设备复杂， 动力消耗大。3. 喷雾装置：单枪喂料多枪喂料4. 刮料器：Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的收尘系统 垂直烟道： 60%
26、 旋风收尘器：92% 电收尘： 98%Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程的工艺-燃料燃烧系统1. 煤磨系统2. 一次风：窑头鼓风3. 二次风：窑尾排风 通过调节一次风和二次风的量可以改变火 焰的位置和形状。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料冷却机系统 筒体： 扬料板：强化热交换 喷水装置：强化冷
27、却，保护筒体 炉栅：防止大块熟料进入冷却机而损坏 扬料板Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的作业特点 烘干带； 预热分解带； 烧结带； 冷却带。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的作业特点铝酸盐炉料烧结过程的工艺-提高窑产能和降低热耗的途径 稳定操作 降低水份 稳定料浆成分 强化
28、窑内热交换 强化冷却 加强密封项目104KJ%废气101.52815.67窑灰25.2113.89蒸发水255.49639.44熟料142.09921.94未燃烧7.3051.13反应72.39511.18窑壳散热43.7146.75总计647.749100吨熟料计铝酸盐熟料的溶出过程-主要反应1.NaAlO2+H2O=Na Al(OH)42.2NaFeO2+2H2O=2NaOH+Fe2O3H2O3.CA+Na2CO3C3AH6+Na OH C12A7+Na2CO3C3AH6+Na OH4.C2F+a q C3FH6+2Fe(OH)3+a q C2F+Na Al(OH)4+a q C3AH6+
29、Na OH+Fe(OH)3+a q CF+H2O Ca(OH)2+Fe(OH)3 Ca(OH)2+Fe(OH)3 C3FH1.5+H2OGroup of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐熟料的溶出过程-主要反应铝酸盐熟料的溶出过程-二次反应1.将C2S引起的反应叫之。由此导致碱和铝的损失叫二次反应损失。2.2CaOSiO2+1.17H2O= 2CaOSiO2 1.17H2O （緻密膜） 2CaOSiO2 +2Na2CO3+a q=Na2SiO3+2CaCO3 +2Na OH+a
30、 q 2CaOSiO2+2Na OH+a q=2Ca(OH)2+ Na2SiO3 +a q Ca(OH)2 + Na2SiO3 +a q= 2CaOSiO2 H2O （緻密膜）（緻密膜）这些反应都不致造成二次反应损失。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸盐熟料的溶出过程-二次反应1.3Ca(OH)2+2Na Al(OH)4=3CaOAl2O36H2O+2NaOH2.3CaOAl2O36H2O+xNa2SiO3= 3CaOAl2O3xSiO2 (6-2x)H2O+2x
31、NaOH (x=0.50.8)3. (2+n)Na Al(OH)4+2Na2SiO3+a q= Na2OAl2O3 2SiO2 n Na Al(OH)4 xH2O+4Na OH+a q4. 3Ca(OH)2+2Na Al(OH)4 +xNa2SiO3 +a q= 3CaOAl2O3xSiO2 (6-2x)H2O+2(1+x)Na OH+a q含水铝硅酸钠和水化石榴石的形成，C2S表面緻密膜破坏；反应（4）中x比反应（3）大许多。 Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸
32、盐熟料的溶出过程-水化石榴石的反应1.3CaOAl2O3xSiO2 (6-2x)H2O+2(1+x)Na OH+a q= 3Ca(OH)2+2Na Al(OH)4 +xNa2SiO3 +a q2. 3CaOAl2O3xSiO2 (6-2x)H2O+3Na2CO3+a q 3CaCO3+2Na Al(OH)4 +xNa2SiO3 +4NaOH+a q x越大，水化石榴石越稳定，上述反应越难进行。越大，水化石榴石越稳定，上述反应越难进行。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU
33、铝酸盐熟料的溶出过程和设备-二次反应的影响因素和抑制措施I.熟料的质量和粒度；II.温度；III. N c浓度；IV. SiO2浓度；V.溶出时间；VI. 溶出液固比；VII. 二次反应抑制剂。铝酸钠溶液的脱硅过程1. SiO2在铝酸钠溶液中的行为；2. 基于形成水合铝硅酸钠的脱硅；3. 基于形成水化石榴石的脱硅加石灰脱硅水合碳铝酸钙的脱硅4. 脱硅过程与工艺。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的脱硅过程- SiO2在铝酸钠溶液中的行为：未饱和区；：介稳区；
34、：不稳定区Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的脱硅过程- SiO2在铝酸钠溶液中的行为lSiO2浓度较低的碱液中：S i O(OH)3-, S iO2(OH)22- lSiO2浓度较高的碱液中：S iO2(OH)22-， S iO3(OH)3- l低浓度铝酸钠溶液中：Al S iO3(OH)43- 络合离子Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering,
35、 CSU铝酸钠溶液的脱硅过程-基于形成水合铝硅酸钠的脱硅1.S iO2(OH)22-+Al(OH)4-+a q= SiAlO4(OH)m(1+m)-+(6-m)OH-+a q2.SiAlO4(OH)m(1+m)- +(n+1)Al(OH)4- +a q= S i A ln O2(n+1)(OH)m(n+m)- + a q3.S i A ln O2(n+1)(OH)m(n+m)- + 2Na+a q= Na2OAl2O32SiO2nH2O+2(n-1)Al(OH)4-+2mOH-+a q溶解度依次递减：溶解度依次递减：A型沸石型沸石方钠石方钠石黝方石黝方石钙霞石钙霞石Group of Alumi
36、na & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的脱硅过程-基于形成水合铝硅酸钠的脱硅铝酸钠溶液的脱硅过程-基于形成水合铝硅酸钠的脱硅铝酸钠溶液的脱硅过程- 水合铝硅酸钠析出过程影响因素温度：温度：加速，溶解度有最低点；Al2O3浓度：浓度：由于离子形态的变化，溶解度有最低点；Na2O浓度：浓度：浓度升高，溶解度增大；K2O浓度：浓度：浓度升高，SiO2难析出，因为钾沸石结晶缓慢；Na2CO3, Na2SO4, NaCl: 使水合铝硅酸钠转变为溶解度更小的沸石族化合物，有利于脱硅；晶种：晶种：Gro
37、up of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的脱硅过程- 基于形成水化石榴石的脱硅过程添加石灰脱硅过程的机理添加石灰脱硅过程的主要影响因素水合碳铝酸钙的深度脱硅Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的脱硅过程-添加石灰脱硅过程的机理Ca(OH)2C3AH6C3ASxH6-xGroup of Alumina & Ceramics, School
38、 of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的脱硅过程-添加石灰脱硅过程的机理p首先形成C3AH6；p饱和系数由外向内梯度递减；pSiO2(OH)22-进入水合铝酸钙并替换其中的OH-，属扩散过程。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的脱硅过程-添加石灰脱硅过程的影响因素1.原液Al2O3和Na2O浓度A越高，形成的越高，形成的S i A ln O2(n+1)(OH)m(n+m)-越多，而脱硅主要越多，
39、而脱硅主要是是 SiO2(OH)22-的扩散。不利。的扩散。不利。N k越高，水化石榴石易被分解。不利。越高，水化石榴石易被分解。不利。2.溶液中Na2CO3浓度N c越高，水化石榴石易被分解。不利。越高，水化石榴石易被分解。不利。3.石灰添加量和质量石灰的活性越高越好；石灰量多虽有利于脱硅，但造成石灰的活性越高越好；石灰量多虽有利于脱硅，但造成Al2O3损失多。损失多。4.温度有利于扩散，但过高的温度会使水化石榴石分解。有利于扩散，但过高的温度会使水化石榴石分解。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and
40、Engineering, CSU铝酸钠溶液的脱硅过程-水合碳铝酸钙的深度脱硅机理:不同于加石灰脱硅。加石灰脱硅是通过SiO2(OH)22-在水合铝酸钙中扩散进行的。而水合碳铝酸钙的脱硅则是SiO2(OH)22-在水合碳铝酸钙转变为水化石榴石的过程中直接进入晶格。因此后者Ca O用量少，且饱和系数的梯度不如前者明显。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的脱硅过程-水合碳铝酸钙的深度脱硅 合成：2Ca2Al(OH)6(OH) nH2O+mCO32-=Ca2Al(O
41、H)62mCO3(1-2m)OHnH2O+2mOH- 脱硅：Ca2Al(OH)62mCO3(1-2m)OHnH2O+ x S iO2(OH)22-3CaOAl2O3xSiO2 (6-2x)H2O+Na2CO3 由于水合碳铝酸钙不稳定，合成温度和脱硅温度不宜过高。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的脱硅过程-水合碳铝酸钙的深度脱硅Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and E
42、ngineering, CSU铝酸钠溶液的脱硅过程-脱硅工艺和设备铝酸钠溶液的碳酸化分解-机理两种观点：1.破坏稳定性OH-+CO2=HCO3= OH-+HCO3= H2O+CO3=Na Al(OH)4+a qAl(OH)3+Na OH+a q2.直接作用和水解同时进行2Na Al(OH)4+CO2+a qAl(OH)3+Na2CO3+a qNa Al(OH)4+a qAl(OH)3+Na OH+a qGroup of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解-产品中的
43、杂质问题 丝钠铝石的生成 氧化硅的行为Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解-丝钠(钾)铝石 1. 生成：2NaAl(OH)4+4NaHCO3+ a q Na2O Al2O32CO2nH2O+2Na2CO3+a qAl(OH)3 +2NaHCO3+a q Na2O Al2O32CO2nH2O+a qAl(OH)3 +2Na2CO3+a q Na2O Al2O32CO2nH2O+2NaOH+a q分解：Na2O Al2O32CO2nH2O+4NaOH+
44、a q 2NaAl(OH)4 +2Na2CO3+a q Na2O Al2O32CO2nH2O +2NaOH +a q Al(OH)3 +2Na2CO3+a qGroup of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解-丝钠(钾)铝石形成 碳酸钠浓度高，尤其是有碳酸氢钠存在； 分解速度快； 分解温度过高； 碳分末期，由于苛性碱浓度低，丝钠铝石易呈固相析出；而在初期，苛性碱浓度较高，形成的丝钠铝石则易被分解。添加晶种，降低分解速度和深度可缓解之。添加晶种，降低分解速度和深度
45、可缓解之。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解-氧化硅的行为Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解-氧化硅的行为碳分过程中SiO2的析出分三阶段：1.AH和S i共同析出阶段：由于初期析出的AH粒度小，S i易被吸附；2.AH析出阶段：此阶段S i变化小，一方面S i浓度比上阶段小，另一方面AH粒度较粗，
46、吸附能力小；3.S i快速析出阶段：分解后期苛性碱浓度低，S i在溶液中的溶解度急剧下降。 Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解-影响氧化硅析出的因素1. 原液的硅量指数；2. 分解温度：温度低，析出的AH细，吸附能力强，且在后其颗粒附聚长大时夹杂；3. 添加晶种可减轻第一阶段的吸附；4. 分解深度：过高时，S i溶解度小而析出。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science
47、 and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解-影响因素 1. 精液成分和分解率精液硅量指数AO浓度、N t和K2O浓度2. 分解时间、通气速度和CO2浓度3. 温度4. 晶种5. 搅拌Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解-硅量指数的影响硅量指数低，溶液中SiO2高：1.影响产品化学纯度；2.由于分解初期SiO2在AH表面吸附，不利于AH的继续长大，产品细。Group of Alumina & Ceramics, School o
48、f Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解- 溶液成分的影响 1.原液中AO浓度高有利于获得粒度较粗的AH；2.N t高，AH中碱含量高，碳分时间短时更明显;3.N t一定时, 溶液中K2O越多, SiO2的平衡浓度越高, 产品中S i的含量则越少;由于K2CO3的溶解度比Na2CO3高, 易洗, 故碱含量也低。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解-分解时间、通气速度和CO2浓度的
49、影响 碳分时间主要取决于气体浓度和通气速度；其它条件相同时，延长分解时间则有利于获得粒度粗、碱含量低的产品； 提高通气速度或增大气体浓度，AH变细，碱含量增加；但快速碳分时，由于产品中硅含量的变化研究结论不一。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解-温度的影响 提高温度有利于获得结晶良好，吸附能力小，强度高的粗AH，其中碱和硅含量也少； 但分解末期提高碳分温度，丝钠(钾)铝石析出也多。Group of Alumina & Ceramics, Scho
50、ol of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解-晶种和搅拌的影响 添加晶种，可改善产品晶体结构和粒度组成，降低AH中硅和碱的含量，减少槽内结垢。但增加了分解槽的负担； 搅拌可使溶液成分均匀化，避免局部过碳酸化，减少槽内沉淀。且使AH保持悬浮，便于获得粒度粗、碱含量高的产品。但分解率4050%后，过强的搅拌会使水合铝硅酸钠与AH共同析出。Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU铝酸钠溶液的碳酸化分解- 影
